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DER KONSTRUKTEUR 3/2020

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DER KONSTRUKTEUR 3/2020

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NEUE FREIHEITSGRADE PRODUKTE UND ANWENDUNGEN In der Automatisierungs- und Anlagentechnik gilt, je leistungsfähiger die Maschinen und Anlagen sind, desto leistungsfähiger müssen auch ihre elektronischen Baugruppen wie Wechselrichter oder Frequenzumrichter sein. Mit der Anzahl dieser dezentralen Geräte im Schaltschrank steigen jedoch auch der Verdrahtungsaufwand, die Inbetriebnahmezeit und schließlich die Wahrscheinlichkeit von Betriebsverzögerungen im Wartungsfall. Energiebus-Systeme auf der Basis etablierter Leiterplatten-Steckverbinder bieten hier neue Freiheitsgrade – auch für den Konstrukteur. Energiebus-Systeme bergen ein hohes Potenzial, die Geräteverdrahtung zu vereinfachen und zu beschleunigen. Das Prinzip ist denkbar einfach: Ähnlich wie bei einem Feldbus sind mehrere Automatisierungsteilnehmer über die gleiche Leitung miteinander verbunden und in die vor- oder nachgelagerten Automatisierungsebenen integriert. Die für jedes Gerät notwendige Leistung wird in einer seriellen Topologie durchgeschleift – also von der Stromquelle über die gleiche Leitung an alle Teilnehmer übertragen. Unabhängig davon, ob die Zwischenkreise mehrerer Antriebsregler synchronisiert oder ob unterschiedliche Batterielademodule mit dem Versorgungsnetz verbunden werden sollen, lassen sich auf diese Weise der Verdrahtungsaufwand sowie die Fehleranfälligkeit während der Inbetriebnahme und im Wartungsfall deutlich reduzieren. Hinzu kommt, dass die serielle Verdrahtung nur einen Bruchteil des Materials und des Bauraumes der konventionellen parallelen Verdrahtung benötigt. Autor: Dipl.-Ing. Michael Nordholz, Produktmanager PCB Connectors, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg NICHT NEU, ABER AUCH NICHT STANDARDISIERT Wegen ihrer hohen Effizienz sind Bussysteme zur Energieverteilung schon seit langem etabliert und weit verbreitet. Die technische Umsetzung erfolgt jeweils individuell, da die Anforderungen an ein solches System stark von den Umgebungsbedingungen und nicht zuletzt von den Leistungsklassen der Geräte abhängen. Ein Beispiel dafür ist die DC-Zwischenkreisverbindung von Umrichtermodulen eines Mehrachsantriebsreglers. In dieser Anwendung sind sogenannte Stromschienen weit verbreitet – einfache Kupferschienen, über die die Leistung ebenfalls seriell von Modul zu Modul übertragen wird. Da sich die Gerätebaubreiten und damit auch die Längen der erforderlichen Stromschienen von Hersteller zu Hersteller unterscheiden, werden diese Kupferschienen für jedes Projekt individuell konstruiert und angefertigt. Ebenso individuell sind die Anschlusslösungen zur Stromschiene, die Verbindungen der Schienenenden zwischen den Geräten sowie die elektrische Isolation der Stromschienen. DER PREIS DER INDIVIDUALITÄT DER ANSCHLUSS OHNE LEITER- VORBEHANDLUNG SORGT FÜR HOHE ZEITERSPARNIS So viel Individualität fordert ihren Preis: Die konstruktive Auslegung dieser Baugruppen bindet schon in der Entwicklungsphase Ressourcen. Zudem müssen entweder eigene Werkzeuge angeschafft oder Dritthersteller beauftragt werden, um die notwendigen Komponenten verfügbar zu halten. Und je höher der Individualisierungsgrad, desto geringer ist in der Regel die produzierte Stückzahl. Skaleneffekte der automatisierten Produktion können daher ebenfalls nicht optimal ausgeschöpft werden. Auch bei der späteren Anwendung im Schaltschrank zeigen sich die Nachteile starrer Stromschienen. Die Kupferschienen und ihre Verbindungselemente lassen in der Regel nur die horizontale Anordnung der zu verbindenden Geräte zu. Und auch dabei muss das Installationspersonal enge Einbautoleranzen einhalten. Nur wenige Hersteller bieten flexiblere Lösungen, etwa für die vertikale 18 DER KONSTRUKTEUR 3/2020

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK Anordnung der Geräte – und auch dies nur unter dem Einsatz von weiterem Zubehör. Eine flexiblere Alternative bietet die sogenannte Daisy-Chain-Verdrahtung. Die Leistungsversorgung der Geräte ist hier mit konventionellen Leiterplattenanschlüssen umgesetzt, Potenziale werden mittels Einzeladerbrücken von Gerät zu Gerät verteilt. Dies erlaubt zwar eine deutlich freiere Anordnung der Geräte – allerdings steigt der Verdrahtungsaufwand, da jeder Ein- und Ausgang separat verbunden werden muss. Mit der Anzahl manueller Arbeitsschritte steigt jedoch auch das Risiko von Verdrahtungsfehlern oder Fehlkontaktierungen. DAS BESTE AUS ZWEI WELTEN Die Herausforderung besteht nun darin, ein wirtschaftlich attraktives Energiebus-System aufzusetzen, das sowohl universell nutzbar als auch unabhängig von Gerätebaubreiten oder der räumlichen Geräteanordnung im Schaltschrank ist. Hier kommen am Markt etablierte Leiterplattenanschlüsse und handelsübliche 16 mm²- Leiter ins Spiel. Auf Basis des Leiterplatten-Steckverbinders PC 6 hat Phoenix Contact eine Lösung entwickelt, die nicht nur einfach steckbar ist, sondern auch eine hohe Flexibilität im Geräte-Design sowie in der Ausrichtung im Schaltschrank erlaubt. Der sogenannte PC 6/..-ST-Bus eignet sich für herkömmliche flexible Leiter mit einem Querschnitt von 16 mm² – oder alternativ AWG 6 – und ist steckkompatibel zur bestehenden Grundleiste der gleichen Familie. 01 Leiterplatten-Steckverbinder und flexible Leiter ermöglichen die freie Anordnung von Geräten innerhalb eines Energiebus-Systems Der Vorteil für Gerätehersteller: sie müssen keine individuelle konstruktive Lösung zur Anbindung einer Stromschiene entwickeln, und sie können die Leiterplatte im automatisierten Fertigungsverfahren mit allen Bauteilen bestücken. Ab sofort erhältlich! Das Handbuch zur Schwingungs- Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen Condition Monitoring Praxis Das ultimative Know-How für die Instandhaltung. Aus der Praxis – für die Praxis! Bestellen Sie Condition Monitoring Praxis in unserem Shop für nur 46 Euro unter: shop.engineering-news.net

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